Základní pojmy

Logické řízení

Řízení obecně představuje cílenou činnost, při které je řízené zařízení ovlivňováno řídicími signály. Je charakterizováno jednosměrností řídicích signálů – ty působí na stroj nebo zařízení, aniž by byly průběžně korigovány podle aktuálního stavu řízeného procesu.

Příkladem může být řízení posuvu stolu pracovního stroje, kdy je řídicím signálem (napětím na motoru posuvu) nastavován řízený systém (posuvný stůl stroje); potom dráha, kterou stůl urazí, je zde řízenou veličinou.

Obr. 1: Princip řízení

Náš příklad pracuje s elektrickým napětím a dráhou, což jsou spojité veličiny, které jsou popsány spojitými proměnnými a mohou nabývat nekonečného počtu hodnot.

Logické veličiny a jim odpovídající logické proměnné oproti tomu nabývají konečného počtu hodnot. Speciálním případem logických proměnných jsou dvouhodnotové neboli binární proměnné, které nabývají pouze dvou možných hodnot – napětí není/je přítomno, ventil je zavřen/otevřen, motor neběží/běží, součástka není/je zmagnetována, teplota v místnosti je nižší/vyšší či rovna 20 stupňům – nejčastěji označovaných jako 0 a 1, případně anglickými termíny false (nepravda) a true (pravda).

Jako příklad lze uvést pracovní stůl, který se pohybuje střídavě ve dvou směrech. Pohyb daným směrem je řízen napětím kladné či záporné polarity, přičemž přepólování vyvolají mechanické narážky na obou koncích dráhy pohybu stolu.

Obr. 2: Binární řízení

Při číslicovém řízení jsou řídicí signály nastavovány pomocí čísel. Číslicové řídicí signály jsou většinou přenášeny v některém z binárních kódů.

Má-li se například posuvný stůl cyklicky posunovat opačnými směry na dráze zadané číslicově, pak jednotka číslicového řízení vysílá střídavě sekvenci určitého počtu impulzů pro běh krokového motoru nejprve jedním a pak druhým směrem; počet impulzů, a tím dráhu posuvu lze nastavit na číslicovém voliči. Jeden úhlový krok motoru odpovídá jednomu – nejmenšímu možnému – lineárnímu kroku pohybu stolu: rovněž číslicové řízení pracuje s nespojitými veličinami.

Obr. 3: Číslicové řízení

Na logických veličinách je založena logická algebra, označovaná jako Booleovská, představující soustavu pravidel určených k popisu vztahů mezi logickými proměnnými. Logické funkce jsou potom takové funkce, jejichž argumenty jsou logické proměnné a které mohou rovněž nabývat hodnot logické 0 či logické 1.

Logické obvody

Logické řízení slouží tedy k ovládání strojů a zařízení – jednoduchým příkladem může být zapínání a vypínání přístroje dvěma tlačítky start/stop, složitějším pak ovládání pásové dopravy sestávající z řady na sebe navazujících dopravníků tak, že pokud se jeden z nich zastaví, musí řídicí obvod zastavit i pásy předcházející.

Při logickém řízení se logickým obvodem zpracovávají binární hodnoty o řízeném procesu a podle nich se ovládají příslušná zařízení tak, aby se dosáhlo předepsaného cíle. Logický obvod je potom fyzikální systém, který lze charakterizovat logickými prvky vzájemně propojenými logickými, binárními veličinami a který realizuje logické operace.

---

Obr. 4: Princip logického řízení

Podle způsobu zpracování vstupních hodnot na hodnoty výstupní se logické obvody dále rozdělují na kombinační a sekvenční.

Výstupy kombinačních logických obvodů (systémů bez paměti) jsou logickými funkcemi okamžitých hodnot logických vstupů – dané kombinaci vstupních signálů odpovídá jedna určitá hodnota výstupního signálu. Například soustruh se smí rozběhnout je tehdy, jsou-li uzavřena ochranná dvířka a současně je ve sklíčidle upnut obrobek.

---

Obr. 5: Kombinační logický obvod

Sekvenční logické obvody (systémy s pamětí) generují výstupní stav na základě hodnot vstupních logických proměnných a současně na základě předchozí hodnoty výstupu – výstup těchto obvodů je tedy definován jen tehdy, je-li definována časová posloupnost (sekvence) změn výstupních hodnot. Jediné kombinaci vstupů pak může odpovídat více různých hodnot výstupů. Sekvenční obvody tedy mají paměť předchozích vstupních a výstupních kombinací.

U asynchronních sekvenčních obvodů se změna vstupů promítne okamžitě na výstup, zpoždění je dáno jen průchodem logickými členy. Oproti tomu synchronní sekvenční obvody mění stav na výstupu po změně dalšího, taktovacího signálu – systém mění své hodnoty jen v definovaných okamžicích. Všechny výstupy se tedy mění současně. Přechody mezi jednotlivými kroky jsou prováděny buď v závislosti na čase, nebo v závislosti na stavu řízeného procesu.

Při časově závislém sekvenčním řízení (též programovém) je proces taktován pomocí časového relé nebo generátoru hodinových impulsů. Příkladem je řízení rozběhu trojfázového motoru: motor se při počáteční malé impedanci rozbíhá v zapojení vinutí do hvězdy a po rozběhu přepíná na zapojení do trojúhelníku a v tomto zapojení pak dosahuje jmenovitého výkonu.

Obr. 6: Časově závislé sekvenční řízení

Při sekvenčním řízení závislém na procesu (též následném) je další krok prováděn v závislosti na stavu řízeného procesu. V případě procesem řízeného spouštění motoru vyhodnotí čidlo pro snímání frekvence otáčení, zda bylo či nebylo dosaženo otáček naprázdno; po jejich dosažení je přepnut motor do trojúhelníku.

Obr. 7: Sekvenční řízení závislé na procesu

Podle druhů spínacích prvků v řídicí části se dělí obvody logického řízení na kontaktní a bezkontaktní.

Kontaktní logické řízení využívá kontaktních spínacích prvků, a to jak ovládaných ručně, například tlačítkových spínačů, tak automaticky – zde jsou základními stavebními prvky stykače nebo pomocná a časová relé. Funkce stykače a relé je podobná – vždy jde o elektromagneticky ovládaný spínač obsahující cívku, do níž se přivede elektrický proud, což způsobí přitažení feromagnetického jádra, které sepne kontakty. Ovládací obvody se kreslí pomocí takzvaných řádkových nebo liniových schémat.

Obr. 8: Princip relé

Obr. 9: Kontaktní ovládání dvou navazujících dopravníkových pásů

Bezkontaktní logické řízení může být pevně programované, které realizuje logické funkce pomocí integrovaných polovodičových prvků, jako jsou diody, tranzistory a tyristory – integrované obvody vykonávají požadovanou funkci, kterou již nelze měnit bez fyzické změny zapojení. (Avšak vzhledem k tomu, že integrované obvody nedokážou spínat velká napětí a proudy, což se děje například při řízení trojfázového asynchronního motoru, bude řídící obvod spínat kontaktní prvky - například relé, které sepne výkonový stykač a ten teprve vlastní motor.) Oproti tomu volně programovatelné bezkontaktní logické řízení provádí počítače, mikrokontroléry nebo programovatelné automaty. Tato zařízení realizují řízení podle programu, který lze měnit, a tím jejich řídicí funkci upravovat.

Obr. 10: Schéma PLC

Tyto programovatelné automaty (PLC, Programmable Logical Controler) jsou dnes běžné v průmyslové automatizaci. Umožňují provádět logické i matematické operace a zpracovávat analogové i diskrétní signály. Jejich jádrem je mikropočítač, v jehož paměti je uložen program – podle něj PLC řídí výstupy v závislosti na vstupech; v nejjednodušším případě jde o digitální vstupy a výstupy kontaktní.

Zdroje

• SCHMID, Dietmar a kol. Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku. Praha: Europa Sobotáles, 2005, 420 s. ISBN 80-86706-1.

Obrázky

• Obr. 1, 2, 3, 5, 6, 7: SCHMID, Dietmar a kol. Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku. Praha: Europa Sobotáles, 2005, 420 s. ISBN 80-86706-1.
• Obr. 4: VAŇUŠ, Jan. Základy logického řízení [on line]. [cit. 2014-8-23]. Dostupný na www: http://sweb/jan.vanus
• Obr. 8, 9, 10: KOLÁŘ, Václav. Logické řízení [on line]. [cit. 2014-8-23]. Dostupný na www: www.fei1.vsb.cz/kat420/vyuka/hgf/rozvody_lomy/05_logicke_rizeni.pdf
• Obr. 11: VOJÁČEK, Antonín. Praxe - Automat. přepínání signálů podle hodnoty napětí s PLC [on line]. [cit. 2014-10-18]. Dostupný na www: http://automatizace.hw.cz/praxe-automat-prepinani-signalu-podle-hodnoty-napeti-s-plc